KR20180053721A

KR20180053721A - Electronic ceramic parts, especially multilayer piezoelectric actuators

Info

Publication number: KR20180053721A
Application number: KR1020187010413A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 렌크; 요르그 하우볼트; 크리스티앙 해글러; 안드레아스 빌트겐; 클라우스 줌스툴; 수잔 세이페르트
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2018-05-23
Also published as: EP3357099B1; WO2017054950A1; JP2018532268A; JP6906506B2; DE102015218701A1; EP3357099A1; CN108028309B; CN108028309A

Abstract

본 발명은 세라믹 매트릭스(5) 및 상기 세라믹 매트릭스(5)에 배열되고 제1 표면(7) 상에 노출되는 적어도 하나의 내부 전극(2)을 포함하는 부품(1)을 설명한다. 본 발명에 따른 부품은 또한 내부 전극(2)에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전기 전도성 공통 접촉부(8), 및 또한 몸체(5)와 공통 접촉부(8) 사이에 배열되는, 세라믹 매트릭스(5)의 표면 상에서의 절연층(15)을 포함하며, 여기에서 절연층(15)은 적어도 하나의 개구(16)를 가지며, 이것은 내부 전극(2)의 적어도 부분을 노출시킨다. 마지막으로, 부품은 내부 전극(2)과 공통 접촉부(8) 사이 그리고 절연층(15)과 공통 접촉부(8) 사이에 배열되는, 추가의 전기 전도층(19)을 갖는다. 본 발명에 따른 부품은 추가의 전기 전도층(19)이 적어도 두 개의 층(30A, 30B)을 가진 다층(30)으로서 형성된다는 사실에 의해 구별되며, 여기에서 다층(30)은 제1 층(30A)으로서 공통 접촉부(8)에 인접한 집전기층, 및 제2 층(30B)으로서 절연층(15) 및 내부 전극(2)에 인접한 확산 배리어 층을 포함한다. The present invention describes a component 1 comprising a ceramic matrix 5 and at least one internal electrode 2 arranged on the ceramic matrix 5 and exposed on the first surface 7. The ceramic matrix 5 comprises a ceramic matrix 5, The component according to the invention also comprises at least one electrically conductive common contact 8 electrically connected to the internal electrode 2 and also a ceramic matrix 5 arranged between the body 5 and the common contact 8. [ Wherein the insulating layer 15 has at least one opening 16 that exposes at least a portion of the internal electrode 2. The insulating layer 15 has a thickness of at least one opening 16, Finally, the part has an additional electrically conductive layer 19, which is arranged between the internal electrode 2 and the common contact 8 and between the insulating layer 15 and the common contact 8. The component according to the invention is distinguished by the fact that an additional electrically conductive layer 19 is formed as a multilayer 30 with at least two layers 30A and 30B wherein the multilayer 30 comprises a first layer And a diffusion barrier layer adjacent to the insulating layer 15 and the internal electrode 2 as the second layer 30B.

Description

Electronic ceramic parts, especially multilayer piezoelectric actuators

본 발명은 부품(component), 특히 다층 압전 작동기(multilayer piezo actuator)와 같은 전자세라믹 부품에 관한 것이다.The present invention relates to electronic ceramic components such as components, particularly multilayer piezo actuators.

압전 작동기와 같은 전자세라믹 부품은 세라믹 몸체에 배열되며 하나의 표면에 노출되는, 적어도 하나의 내부 전극을 가진 세라믹 매트릭스를 포함한다. 압전 작동기는 다수의 압전식 활성 세라믹 플라이(ply) 및 금속성 내부 전극 플라이를 포함하는 다층 압전 작동기의 형태로 구체화될 수 있으며, 이것은 하나가 또 다른 것의 최상부 상에 교번하여 적층된다. 다층 압전 작동기의 경우에, 표면은 다수의 스트립-형 금속성 내부 전극 및 압전식 활성 세라믹 영역을 갖는다. 이러한 압전 작동기는 예를 들면, 자동차를 위한 매우 다양한 엔진 유형의 분사 밸브에서 작동 요소로서 사용된다. An electronic ceramic component, such as a piezoelectric actuator, comprises a ceramic matrix having at least one internal electrode arranged in a ceramic body and exposed to one surface. Piezoelectric actuators may be embodied in the form of a multi-layer piezoelectric actuator including a plurality of piezoelectric active ceramic ply and metallic inner electrode plies, one of which is alternately stacked on top of another. In the case of a multilayer piezoelectric actuator, the surface has a plurality of strip-shaped metallic inner electrodes and a piezoelectric active ceramic area. Such piezoelectric actuators are used, for example, as actuating elements in a wide variety of engine type injection valves for automobiles.

하나가 또 다른 것 위에 및 서로에 대하여 교번하여 적층되는 재료 층 및 전극층의 스택을 포함하는 이러한 다층 작동기는 보통, 평면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 직사각형 또는 정사각형 단면을 갖는다. 그것은 두 개의 상호 반대편에 있는 원주 측면에서 전기적으로 접촉된다. 어떤 압전식 비활성 또는 수동형 영역도 존재하지 않도록, 전극층이 재료 층의 전체 면적에 걸쳐 확장되는, 소위 전-면적 접촉을 위해, DE 10 2006 003 070 B3은 스택의 두 개의 지리적으로 인접하지 않은 스택 원주 영역의 각각의 것 상에 각각의 절연층을 도포하는 것을 제안한다. 스택 원주 영역을 따르는 전극층의 각각의 것의 정확한 위치가 그 후 결정된다. 이것은 레이저 구조화에 의해, 절연층 중의 제1 절연층을 통해 전극층 중에서 매 두 번째 전극층까지 제1 접촉 홀을 및 절연층 중의 제2 절연층을 통해 전극층 중에서 나머지 전극층까지 제2 접촉 홀을 생성하는 것으로 이어진다. 최종적으로, 절연층은 실질적으로 전체 면적에 걸쳐 전기 전도성 재료로 커버되며, 여기에서 접촉 홀은 마찬가지로 전기 전도성 재료로 채워진다. 예로서, 전도성 접착제가 전기 전도성 재료로서 사용된다.Such multilayer actuators, which include a stack of material layers and electrode layers, one on top of the other and alternating with respect to each other, typically have a rectangular or square cross section, as seen in plan view. It is in electrical contact with the circumferential sides on two opposing sides. For so-called full-area contact, in which the electrode layer extends over the entire area of the material layer, so that there is no piezoelectric inert or passive area, DE 10 2006 003 070 B3 discloses two geographically non- It is proposed to apply each insulating layer on each of the regions. The exact position of each of the electrode layers along the stacked circumferential region is then determined. This is because by forming the second contact hole from the electrode layer through the first insulating layer in the insulating layer to the second electrode layer through the first insulating layer in the insulating layer and the remaining electrode layer in the electrode layer through the second insulating layer in the insulating layer Lt; / RTI > Finally, the insulating layer is covered with an electrically conductive material over substantially the entire area, wherein the contact holes are likewise filled with an electrically conductive material. As an example, a conductive adhesive is used as the electrically conductive material.

실제로, 전기 전도성 재료로서 전도성 접착제의 사용은 종종 절연층 상에서 전도성 접착제의 과도하게 낮은 접착력으로 인해 실패한다. 게다가, 전도성 접착제에 포함된 전기 전도성 입자의 전극층의 매우 얇은 노출된 표면으로의 연결은 몇몇 경우에서 품질이 변화할 수 있으며, 즉 접촉 저항이 변화할 수 있다. 양쪽 모두는 부품의 만족스럽지 않은 신뢰성을 야기한다.In practice, the use of a conductive adhesive as the electrically conductive material often fails due to the excessively low adhesion of the conductive adhesive on the insulating layer. In addition, the connection of the electrode layer of the electroconductive particles contained in the conductive adhesive to the very thin exposed surface may change quality in some cases, i.e. the contact resistance may vary. Both cause unsatisfactory reliability of the part.

DE 10 2008 048 051 A1은, 두 개의 전기 층에 의해, 공동 접촉부(collective contact)를 형성하는 것을 제안하며, 그에 의해 최상부 측면 상에 노출된 접촉 홀은 서로에 전기적으로 연결되도록 의도된다. 제1의 매우 얇은 층은 내부 전극과 공동 접촉부 사이에서의 연결의 기계적 강도를 증가시키며 및/또는 전기 저항을 감소시키도록 작용한다. 상기 층은 따라서 대체로 접착 촉진제로서 작용하는 반면, 대개 전류-운반 용량에 기여하는, 공동 접촉부의 제2 층은 가요성 전도성 접착제로서 구체화될 수 있다.DE 10 2008 048 051 A1 proposes forming a collective contact by means of two electrical layers whereby the contact holes exposed on the top side are intended to be electrically connected to one another. The first very thin layer serves to increase the mechanical strength of the connection between the inner electrode and the common contact and / or to reduce the electrical resistance. The layer thus acts generally as an adhesion promoter, while the second layer of the common contact, which usually contributes to the current-carrying capacity, may be embodied as a flexible conductive adhesive.

DE 0 2008 048 051 A1에서 설명된 구성의 하나의 단점은, 제1의 매우 얇은 층이 다층 작동기의 사용 동안 발생하는 높은 온도 때문에 세라믹 매트릭스로 확산될 수 있다는 것이다. 이것은 시간에 걸쳐 제1의 매우 얇은 층이 사라지며 접착 촉진의 기능이 그에 의해 감소되거나 또는 심지어 제거된다는 결과를 갖는다. 그 결과, 높은 동적 로딩으로 인한 부품 고장의 위험은, 제2의 보다 두꺼운 층이 그 후 전극층 중에서 적어도 개개의 전극층과 어떤 전기적 접촉도 없게 하는 정도로 세라믹 매트릭스로부터 분리할 수 있으므로 매우 높다.One disadvantage of the arrangement described in DE 0 2008 048 051 A1 is that the first very thin layer can be diffused into the ceramic matrix due to the high temperatures that occur during use of the multilayer actuator. This has the consequence that over time the first very thin layer disappears and the function of adhesion promotion is thereby reduced or even eliminated. As a result, the risk of component failure due to high dynamic loading is very high, as the second thicker layer can then be separated from the ceramic matrix to such an extent that there is no electrical contact with at least one of the electrode layers in the electrode layer.

본 발명의 목적은, 고장의 확률이 감소되도록 하는 방식으로 기능적으로 그리고/또는 구조적으로 개선되는 부품, 특히 다층 작동기와 같은 압전 부품을 특정하는 것이다.It is an object of the present invention to specify piezoelectric components, such as multilayer actuators, which are functionally and / or structurally improved in such a way that the probability of failure is reduced.

이러한 목적은 청구항 1의 특징에 따른 부품에 의해 달성된다. 유리한 구성이 종속 특허 청구항으로부터 분명하다.This object is achieved by a component according to the features of claim 1. An advantageous arrangement is evident from the dependent patent claims.

세라믹 매트릭스, 상기 세라믹 매트릭스에 배열되며 제1 표면에 노출되는 적어도 하나의 내부 전극, 상기 전극에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전기 전도성 공동 접촉부, 몸체와 상기 공동 접촉부 사이에 배열되는, 상기 세라믹 매트릭스의 표면 상에서의 절연층으로서, 상기 절연층은 상기 내부 전극의 적어도 하나의 부분을 노출시키는 적어도 하나의 개구를 갖는, 상기 절연층, 및 상기 내부 전극과 상기 공동 접촉부 사이에 그리고 또한 상기 절연층 및 상기 공동 접촉부 사이에 배열되는, 추가의 전기 전도층을 포함하는 부품이 제안된다. 상기 부품은 상기 추가의 전기 전도층이 적어도 두 개의 층을 가진 다층으로서 구현된다는 사실에 의해 구별되며, 상기 다층은, 제1 층으로서, 상기 공동 접촉부에 인접한 집전기층(current collector layer)을, 그리고 제2 층으로서, 상기 절연층 및 상기 내부 전극에 인접한 확산 배리어 층을 포함한다.A ceramic matrix, at least one internal electrode arranged in the ceramic matrix and exposed to a first surface, at least one electrically conductive cavity contact electrically connected to the electrode, And an insulating layer on the surface, wherein the insulating layer has at least one opening that exposes at least one portion of the internal electrode, the insulating layer being formed between the internal electrode and the common contact, A component comprising a further electrically conductive layer arranged between the common contacts is proposed. The component is distinguished by the fact that the further electrically conductive layer is embodied as a multilayer with at least two layers, the multilayer comprising, as a first layer, a current collector layer adjacent the common contact, And a second layer, the diffusion barrier layer adjacent to the insulating layer and the internal electrode.

적어도 두 개의 층을 포함하는 상기 다층은 그것 자체가 복수의 기능을 통합시킨다. 첫 번째로, 상기 공동 접촉부 및 또한 상기 세라믹 매트릭스 및/또는 상기 절연층에 대하여 접착 촉진이 시행된다. 두 번째로, 상기 다층은 상기 적어도 하나의 내부 전극과 상기 공동 접촉부 사이에서 전류를 전도하기 위해 전기 전도성이다. 상기 집전기층은 상기 다층으로부터의 확산을 회피하는 조성을 갖는다. 더욱이, 상기 세라믹 매트릭스의 방향에서 확산 배리어는 상기 제2 층에 의해 제공된다.The multilayer including at least two layers themselves incorporate a plurality of functions. First, adhesion enhancement is effected on the common contact and also on the ceramic matrix and / or on the insulating layer. Secondly, the multilayer is electrically conductive to conduct current between the at least one internal electrode and the common contact. The collector layer has a composition that avoids diffusion from the multilayer. Moreover, a diffusion barrier in the direction of the ceramic matrix is provided by the second layer.

상기 확산 배리어 층의 마지막으로 언급된 기능은 상기 부품이 동작 동안 겪는 높은 온도에서도, 상기 다층의 재료가 세라믹 매트릭스로 확산되지 않는다는 것을 보장할 수 있다. 그 결과, 상기 추가 층은 영구적으로 유지되며, 그 결과로서 도입부에 설명된 바와 같이 약화 또는 부품 고장의 위험이 제거된다. 더욱이, 확산 배리어 층은 상기 절연층 및 상기 세라믹 매트릭스에 대해 양호한 접착력을 갖는다. 상기 공동 접촉부에 인접한, 집전기층은 상기 공동 접촉부에 대하여 양호한 접착 촉진을 위해 제공한다. 더욱이, 산화에 대한 보호는 선택적으로 패시베이션층에 의해 제공될 수 있다.The last-mentioned function of the diffusion barrier layer can ensure that the multi-layer material does not diffuse into the ceramic matrix even at the high temperatures experienced by the part during operation. As a result, the additional layer is maintained permanently and, as a result, the risk of weakening or component failure is eliminated, as described in the introduction. Moreover, the diffusion barrier layer has good adhesion to the insulating layer and the ceramic matrix. A current collector layer adjacent to the common contact provides for good adhesion promotion to the common contact. Moreover, protection against oxidation can optionally be provided by the passivation layer.

결과적으로, 상기 다층이 그의 조성에 대하여 이동(migration)을 향한 낮은 성향에 적응될 수 있으므로, 상기 세라믹 매트릭스로부터 그리고/또는 세라믹 매트릭스로 확산 및/또는 이동 프로세스의 양호한 접착 및 억제를 동시에 야기하는 것이 가능하다.As a result, the multilayer can be adapted to a low propensity for migration towards its composition, thereby simultaneously causing good adhesion and inhibition of the diffusion and / or migration process from the ceramic matrix and / or to the ceramic matrix It is possible.

하나의 합당한 구성에 따르면, 상기 다층 중의 제1 층, 즉 패시베이션층은 상기 다층 중의 제2 층, 즉 확산 배리어 층보다 두껍다. 그 결과, 상기 다층의 양호한 전기적 전도율 및 상기 공동 접촉부에 대한 낮은 접촉 저항이 적절한 재료 선택에 의해 제공될 수 있다.According to one reasonable configuration, the first layer of the multilayer, i. E. The passivation layer, is thicker than the second layer of the multilayer, i. E. The diffusion barrier layer. As a result, good electrical conductivity of the multilayer and low contact resistance to the common contact can be provided by appropriate material selection.

상기 다층 중의 제1 층은 70 내지 100㎚의 층 두께를 가질 수 있다. 그와 대조적으로, 상기 다층 중의 제2 층은 5 내지 15㎚의 층 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 층은, PVD(물리적 기상 증착), 스퍼터링, 기상 증착 또는 아크 방전과 같은 진공 증착 방법에 의해, 예로서, 바로 연속하여, 절연층으로 커버된 세라믹 매트릭스 상에 도포될 수 있다.The first layer of the multilayer may have a layer thickness of 70 to 100 nm. In contrast, the second layer of the multilayer may have a layer thickness of 5 to 15 nm. The first and second layers can be applied by vacuum deposition methods such as PVD (physical vapor deposition), sputtering, vapor deposition or arc discharge, for example, directly on a ceramic matrix covered with an insulating layer have.

상기 다층 중의 제1 층은 은-팔라듐 합금으로 이루어질 수 있다. 이것은 예로서, 전도성 접착층으로 이루어진 공동 접촉부에 대한 양호한 접착력이 있음을 보장한다. 더욱이, 양호한 전기적 전도율이 보장된다.The first layer of the multilayer may comprise a silver-palladium alloy. This ensures, by way of example, that there is good adhesion to the joint contacts made of the conductive adhesive layer. Moreover, good electrical conductivity is ensured.

반대로, 상기 다층 중의 제2 층은 티타늄, 및 선택적으로 팔라듐을 포함할 수 있다. 이들 재료는 상기 세라믹 매트릭스의 방향으로 다층 중의 제2 층으로부터의 어떤 확산 프로세스도 일어나지 않음을 보장한다.Conversely, the second layer of the multilayer may comprise titanium, and optionally palladium. These materials ensure that there is no diffusion process from the second layer of the multilayer in the direction of the ceramic matrix.

추가 구성에 따르면, 상기 공동 접촉부의 층 두께는 상기 다층의 층 두께보다 상당히 더 크다.According to a further configuration, the layer thickness of the cavity contact is considerably larger than the layer thickness of the multilayer.

추가 구성에 따르면, 상기 다층은, 제3 층으로서, 상기 다층 중의 제1 층과 상기 공동 접촉부 사이에 배열되는 항산화 층을 포함할 수 있다. 상기 제3 층은, 예로서 귀금속을 포함할 수 있다. 그 결과, 상기 공동 접촉부의 재료가 상기 다층의 생성 후 상기 다층 상에 도포되는 시간 지연에 관계없이, 산화를 피하는 것이 가능하다. 상기 제3 층은 패시베이션층으로서 간주될 수 있다.According to a further configuration, the multilayer may comprise, as a third layer, an antioxidant layer arranged between the first layer of the multilayer and the common contact. The third layer may comprise, for example, a noble metal. As a result, it is possible to avoid oxidation, irrespective of the time delay in which the material of the common contact is applied onto the multilayer after production of the multilayer. The third layer may be regarded as a passivation layer.

추가 구성에 따르면, 상기 부품은 다수의 압전식 활성 플라이 및 다수의 전기 전도성 내부 전극 플라이를 포함하는 다층 압전 작동기이다. 상기 압전식 활성 플라이 및 상기 전기 전도성 내부 전극 플라이는 적층 방향으로 하나가 또 다른 것의 최상부 상에 교번하여 적층되며, 여기에서 상기 제1 표면은 상기 적층 방향으로 확장되고, 매 두 번째 내부 전극 플라이는 상기 제1 표면의 영역을 형성하며 상기 공동 접촉부에 전기적으로 연결되고, 여기에서 상기 추가 내부 전극 플라이는 상기 공동 접촉부로부터 전기적으로 절연된다.According to a further configuration, the component is a multi-layer piezoelectric actuator comprising a plurality of piezoelectric active ply and a plurality of electrically conductive inner electrode ply. Wherein the piezoelectric active ply and the electrically conductive inner electrode ply are alternately stacked one on top of the other in the stacking direction wherein the first surface extends in the stacking direction and each second internal electrode ply Forming an area of the first surface and being electrically connected to the common contact, wherein the additional inner electrode ply is electrically insulated from the common contact.

다층 압전 작동기의 경우에, 상기 제1 표면은 적층 방향으로 확장된다. 매 두 번째 내부 전극 플라이는 상기 제1 표면의 영역을 형성하며 상기 공동 접촉부에 전기적으로 연결되고, 여기에서 상기 추가 내부 전극 플라이는 상기 공동 접촉부로부터 전기적으로 절연된다. 상기 다층 압전 작동기는 따라서 서로 전기적으로 절연되는 상이한 공동 접촉부를 갖고 절연되는, 내부 전극의 두 개의 그룹을 포함한다. 스택의 인접한 내부 전극은 서로 전기적으로 절연되며 서로 독립적으로 제어 가능하다.In the case of a multilayer piezoelectric actuator, the first surface extends in the lamination direction. Each second inner electrode ply forms an area of the first surface and is electrically connected to the common contact, wherein the additional inner electrode ply is electrically insulated from the common contact. The multi-layer piezoelectric actuators thus comprise two groups of internal electrodes which are insulated with different common contacts which are electrically insulated from one another. Adjacent internal electrodes of the stack are electrically insulated from each other and can be controlled independently of each other.

특히, 상기 압전식 활성 플라이는 완전히 활성이다. 상기 내부 전극은 따라서 인접한 압전식 활성 플라이의 에지 측면까지의 면적에 걸쳐 실질적으로 완전히 확장된다.In particular, the piezoelectric active ply is fully active. The internal electrode thus extends substantially completely over the area to the edge side of the adjacent piezoelectric active ply.

대안적으로, 상기 압전식 활성 플라이는 비-압전식 활성 영역을 포함할 수 있다. 이 예에서, 상기 내부 전극은 그 후 상기 압전식 활성 플라이의 에지까지 확장되지 않는다.Alternatively, the piezoelectric active ply may comprise a non-piezoelectric active region. In this example, the internal electrode then does not extend to the edge of the piezoelectric active ply.

통상적으로, 매 두 번째 내부 전극은 상기 제1 표면의 에지 측면으로 확장되며 상기 압전식 활성 플라이의 제2 반대편 표면의 에지 측면으로는 확장되지 않을 것이다. 상기 압전식 활성 플라이의 이러한 커버되지 않은 영역은 상기 제2 표면 상에 배열되는, 상기 공동 접촉부의 내부 전극의 전기적 절연을 제공한다. 상기 내부 전극의 제2 그룹은 제2 표면의 에지를 향해 확장되며 상기 압전식 활성 플라이의 제1 표면의 에지를 향해 확장되지 않는다.Typically, every second internal electrode extends to the edge side of the first surface and not to the edge side of the second opposite surface of the piezoelectric active ply. Such uncovered areas of the piezoelectric active ply provide electrical isolation of the internal electrodes of the common contacts, which are arranged on the second surface. The second group of internal electrodes extends toward the edge of the second surface and does not extend toward the edge of the first surface of the piezoelectric active ply.

부품이 상기 제1 표면의 반대편에 배열되며 다수의 상기 교번하는 압전 플라이 및 전기 전도성 내부 전극 플라이를 갖는, 제2 표면을 갖는다면, 상기 제1 표면 상에서 상기 공동 접촉부에 전기적으로 연결되지 않은 내부 전극 플라이는 상기 제2 표면 상에서 제2 공동 접촉부에 전기적으로 연결된다. 상기 제1 공동 접촉부는 상기 제2 공동 접촉부로부터 전기적으로 절연된다.And a second surface having a plurality of alternating piezoelectric plies and an electrically conductive inner electrode ply arranged on opposite sides of the first surface, The ply is electrically connected to the second cavity contact on the second surface. The first common contact is electrically insulated from the second common contact.

완전 활성 스택의 경우에, 상기 제2 표면은 또한 개구를 가진 전기적 절연층을 가질 수 있으며, 여기에서 개구는 상기 제1 표면 상에서 공동 접촉부에 전기적으로 연결되지 않은 제2 표면 상에서 매 두 번째 내부 전극 플라이를 노출시킨다. 이러한 방식으로, 내부 전극의 두 개의 그룹이 제공되며, 이것은 서로 독립적으로 제어 가능하며 적층 방향으로 스택에 교번하여 배열된다.In the case of a fully active stack, the second surface may also have an electrically insulating layer with an opening, wherein an opening is formed on each of the second internal electrodes on the second surface, which is not electrically connected to the common contact on the first surface, Expose the ply. In this way, two groups of internal electrodes are provided, which are controllable independently of one another and arranged alternately in the stack in the stacking direction.

본 발명은 도면에서 대표적인 실시예에 기초하여 이하에서 보다 상세하게 설명된다:
도 1은 본 발명의 일 대표적인 실시예에 따른 다층 압전 작동기의 개략적인, 상세도;
도 2는 다층 작동기에서 사용된 다층 중의 제1 대표적인 실시예의 확대도; 및
도 3은 다층 작동기에서 사용된 다층 중의 제2 대표적인 실시예의 확대도.The invention is described in more detail below on the basis of representative embodiments in the drawings:
1 is a schematic, detailed view of a multi-layer piezoelectric actuator according to one exemplary embodiment of the present invention;
2 is an enlarged view of a first exemplary embodiment of a multi-layer used in a multi-layer actuator; And
3 is an enlarged view of a second exemplary embodiment of the multilayer used in the multilayer actuator.

도 1은 다수의 내부 전극 플라이(2, 2') 및 다수의 압전식 활성 플라이(3)를 포함하는 다층 작동기(1)의 개략적인 상세도를 도시한다. 다층 작동기(1)는 예를 들면, 자동차 엔진의 분사 밸브에서 작동 요소로서 작용한다. 내부 전극 플라이(2, 2') 및 압전식 활성 플라이(3)는 적층 방향(4)으로 하나가 또 다른 것의 최상부 상에 교번하여 적층되며 다중-플라이 몸체(5)를 형성한다. 다중-플라이 몸체(5)는 내부 전극 플라이의 형태로 세라믹 매트릭스 및 내부 전극으로 이루어진 재료 복합체로서 불리울 수 있다.Figure 1 shows a schematic detail of a multilayer actuator 1 comprising a plurality of inner electrode ply 2, 2 'and a plurality of piezoelectric active ply 3. The multi-layer actuator 1 serves as a actuating element, for example, in the injection valve of an automobile engine. The inner electrode ply 2, 2 'and the piezoelectric active ply 3 are alternately stacked one on top of the other in the stacking direction 4 and form a multi-ply body 5. [ The multi-ply body 5 may be referred to as a material composite consisting of a ceramic matrix and internal electrodes in the form of internal electrode ply.

내부 전극 플라이(2) 각각은, 이 기술분야의 숙련자에게 알려진 방식으로, 전기 전도성 재료, 특히 금속 또는 은-팔라듐(Ag-Pd)과 같은 합금으로 이루어진다. 압전식 활성 플라이(3)는 압전 효과를 가진 재료로 이루어지며, 즉 재료는 전기장이 인가될 때 기계적으로 변형된다. 이러한 기계적 변형은 단부 면(도 1에서 예시되지 않음)에서 사용 가능한 인장 및/또는 힘을 생성하며, 따라서 스택은 적층 방향(4)으로 팽창하거나 또는 수축할 수 있다. 그 결과, 스택은 작동기로서 사용될 수 있다.Each of the inner electrode ply 2 consists of an electrically conductive material, in particular a metal or an alloy such as silver-palladium (Ag-Pd), in a manner known to those skilled in the art. The piezoelectric active ply 3 is made of a material having a piezoelectric effect, that is, the material is mechanically deformed when an electric field is applied. These mechanical strains produce the tensile and / or force available at the end face (not illustrated in FIG. 1), so that the stack can expand or contract in the stacking direction 4. As a result, the stack can be used as an actuator.

압전식 활성 플라이는 세라믹, 특히 PZT(티탄산 지르콘산 납)로 이루어진다. 내부 전극 플라이(2, 2')는 인접한 압전식 활성 플라이(3)의 전체 면적에 걸쳐 그리고 또한 스택의 에지 측면까지 확장되며, 여기에서 그것들은 압전 작동기(1)의 몸체(5)의 표면(7)의 부분(23)을 형성한다. 내부 전극(2)의 부분(23)은 표면(7)에서 노출되며 따라서 몸체의 세라믹 매트릭스가 없다. 다층 압전 작동기의 이러한 배열은 완전 활성 압전 작동기 스택으로서 불린다.The piezoelectric active ply is made of ceramic, especially PZT (lead zirconate titanate). The internal electrode ply 2, 2 'extends over the entire area of the adjacent piezoelectric active ply 3 and also to the edge side of the stack, where they extend from the surface 5 of the body 5 of the piezoelectric actuator 1 7). &Lt; / RTI > The portion 23 of the internal electrode 2 is exposed at the surface 7 and thus has no ceramic matrix of the body. This arrangement of the multilayer piezoelectric actuator is referred to as a fully active piezoelectric actuator stack.

몸체(5)에 배열된, 각각의 내부 전극(2)과의 전기적 접촉은 공동 접촉부에 의해 시행되며, 단지 하나의 공동 접촉부(8)만이 도 1에 예시된다. 공동 접촉부(8)는 몸체(5)의 에지 측면 상에 배열된다. 예시되지 않은, 다른 공동 접촉부는 몸체(5)의 반대편 에지 측면 상에 배열된다. 공동 접촉부(8) 및 다른 공동 접촉부는 서로 전기적으로 절연된다.Electrical contact with each internal electrode 2, arranged in the body 5, is effected by a common contact, only one common contact 8 is illustrated in Fig. The common contact portion 8 is arranged on the edge side of the body 5. Other unshown common contacts are arranged on the opposite side edge of the body 5. The common contact portion 8 and other common contact portions are electrically insulated from each other.

각각의 내부 전극(2)은 공동 접촉부(8)에 전기적으로 연결되는 반면, 각각의 내부 전극(2')은 예시되지 않은, 다른 공동 접촉부(8)에 연결되며, 따라서 내부 전극의 두 개의 그룹(13, 14)이 제공되고, 이것은 서로 전기적으로 절연된다. 적층 방향(4)으로 매 두 번째 내부 전극(2)은 제1 공동 접촉부(8)에 전기적으로 연결되며 따라서 내부 전극(2)의 제1 그룹(13)을 형성한다. 다른, 제2 공동 접촉부는 내부 전극(2')의 제2 그룹(14)을 형성하는 내부 전극(2')에 전기적으로 연결된다. 적층 방향(4)으로 인접한 내부 전극(2, 2')은 상이한 그룹(13, 14)에 속한다. 전압은 스택(1)의 인접한 내부 전극(2, 2') 사이에 인가되며, 따라서 내부 전극(2, 2') 사이에 배열된 압전식 활성 플라이(3)는 기계적으로 반응한다.Each internal electrode 2 is electrically connected to the common contact 8 while each internal electrode 2 'is connected to another unshown common contact 8 so that two groups of internal electrodes (13, 14) are provided, which are electrically insulated from each other. Each second internal electrode 2 in the stacking direction 4 is electrically connected to the first common contact 8 and thus forms the first group 13 of internal electrodes 2. [ Another, second, common contact is electrically connected to the inner electrode 2 'forming the second group 14 of inner electrodes 2'. The adjacent internal electrodes 2 and 2 'in the stacking direction 4 belong to different groups 13 and 14. The voltage is applied between adjacent internal electrodes 2, 2 'of the stack 1, so that the piezoelectric active ply 3 arranged between the internal electrodes 2, 2' is mechanically responsive.

내부 전극(2, 2')의 두 개의 그룹(13, 14) 사이 및 또한 공동 전극(8) 및 예시되지 않은 다른 공동 전극 사이에서의 단락 회로를 회피하기 위해, 전기적 절연층(15)이 공동 접촉부(8)와 함께 몸체(5)의 에지 측면 상에 배열된다(단지 에지 측면(9) 상에서의 절연층(15)만이 예시된다).In order to avoid a short circuit between the two groups 13, 14 of internal electrodes 2, 2 'and also between the common electrode 8 and other unillustrated common electrodes, (Only the insulating layer 15 on the edge side 9 is illustrated) on the edge side of the body 5 with the contact 8.

전기적 절연층(15)은 개구(16)를 가지며, 이것은 몸체(5)의 표면(7)의 부분을 형성하는 내부 전극 플라이(2)의 표면(23)을 노출시킨다. 특히, 전기적 절연층(15)의 개구(16)는 에지 측면(9) 상에 내부 전극(2)의 제1 그룹(13)을, 그리고 예시되지 않은, 다른, 반대편 에지 측면 상에 내부 전극(2')의 제2 그룹(14)을 노출시킨다.The electrically insulating layer 15 has an opening 16 which exposes the surface 23 of the inner electrode ply 2 which forms part of the surface 7 of the body 5. In particular, the openings 16 of the electrically insulating layer 15 define the first group 13 of internal electrodes 2 on the edge side 9 and the internal electrodes 2 on the other, 2 '). &Lt; / RTI >

에지 측면(9) 상에서, 내부 전극(2')의 제2 그룹(14)은 전기적 절연층(15)에 의해 커버되며 그것 상에 배열된 제1 공동 접촉부(8)로부터 전기적으로 절연된다. 제2, 반대편 에지 측면 상에서, 내부 전극(2)의 제1 그룹(13)은 전기적 절연층(15)에 의해 커버되며 그것 상에 배열된 다른 공동 접촉부로부터 전기적으로 절연된다.On the edge side 9 the second group 14 of internal electrodes 2 'is covered by the electrically insulating layer 15 and is electrically insulated from the first cavity contact 8 arranged thereon. On the second, opposite edge side, the first group 13 of internal electrodes 2 is covered by the electrically insulating layer 15 and is electrically insulated from the other common contacts arranged on it.

공동 접촉부(8)는 두 개의 층(19, 20)으로 이루어진다. 층(20)은 공동 접촉부(8)의 전류-운반 층을 구성하며, 상기 층은, 예를 들면, 전도성 접착제에 의해 형성된다. 그와 대조적으로, 도 2 및 도 3을 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명될, 층(19)은 공동 접촉부(8)의 전류 운반 층(20)과 절연층(15)과 또한 몸체(5)의 노출 표면(23) 사이에 접촉 촉진을 생성하도록 작용한다. 전기 전도층(19)은 따라서 전기적 절연층(15)의 개구(16)에 그리고 또한 단면적으로 사다리꼴 절연층(15) 상에, 즉 에지 측면(9) 상에서의 전체 면적에 걸쳐 배열되며, 개구(16) 내에 배열된 노출된 내부 전극(2)과 직접 접촉하며 전기적으로 연결된다.The common contact 8 comprises two layers 19,20. The layer 20 constitutes the current-carrying layer of the common contact 8, which is formed, for example, by a conductive adhesive. In contrast, the layer 19, which will be described in more detail below with reference to Figures 2 and 3, includes a current carrying layer 20, an insulating layer 15, and also a body 5 of the common contact portion 8, To thereby create contact facilitation between the exposed surface 23 of the substrate W. The electrically conductive layer 19 is thus arranged over the entire area of the opening 16 of the electrically insulating layer 15 and also on the trapezoidal insulating layer 15, i.e. on the edge side 9, in cross- 16 and the exposed internal electrodes 2 arranged in the same direction.

제1 및 제2 전기 전도층(19, 20)은 따라서 다층 압전 작동기(1)의 전체 에지 측면(9)에 걸쳐 그리고 전기적 절연층(15)의 개구(16)에서 확장된다. 이 경우에, 제1 층(19)은 전기적 절연층(15)의 표면(22) 상에 바로 그리고 또한 개구(16)에 배열된다. 제2 층(20)은 제1 층(19) 상에 배열된다. 제1 및 제2 층(19, 20)은 서로에 내부 전극(2)의 제1 그룹(13)의 내부 전극(2)을 전기적으로 연결시킨다.The first and second electrically conductive layers 19 and 20 thus extend over the entire edge side 9 of the multilayer piezoelectric actuator 1 and in the openings 16 of the electrically insulating layer 15. In this case, the first layer 19 is arranged directly on the surface 22 of the electrically insulating layer 15 and also in the opening 16. The second layer (20) is arranged on the first layer (19). The first and second layers 19 and 20 electrically connect the internal electrodes 2 of the first group 13 of the internal electrodes 2 to each other.

언급된 바와 같이, 전도성 층(19)은 공동 접촉부(8)와 절연층(15)와 또한 압전 작동기(1)의 몸체(5) 사이에서 연결의 기계적 강도를 개선하기 위해 접착 촉진제로서 작용한다. 그러나, 이것은, 그의 구성 때문에, 이하에서 설명되는 추가 기능을 갖는다.The conductive layer 19 acts as an adhesion promoter to improve the mechanical strength of the connection between the cavity contact portion 8 and the insulating layer 15 and also the body 5 of the piezoelectric actuator 1. However, this has the additional function described below because of its configuration.

본 발명에 따르면, 도 2에서의 제1 대표적인 실시예에서 예시된 바와 같이, 제1 층(19)은 다층(30)으로서 구체화된다. 이 경우에, 다층(30)은 두 개의 층(30A, 30B)을 포함하며, 여기에서 제1 층(30A)은 공동 접촉부(8)의 층(20)에 인접하며 그것에 대한 접착을 수행하는 집전기층이다. 제2 층(30B)은 마찬가지로, 제1 층(30A)보다 작은 두께를 가지며 절연층(15) 및 몸체(5)의 표면(23)에 인접한 접착 촉진 층이다.According to the present invention, the first layer 19 is embodied as a multi-layer 30, as illustrated in the first exemplary embodiment in Fig. In this case the multilayer 30 comprises two layers 30A and 30B wherein the first layer 30A is adjacent to the layer 20 of the common contact 8 and has a structure Electrical layer. The second layer 30B is likewise an adhesion promoting layer having a thickness less than the first layer 30A and adjacent the insulating layer 15 and the surface 23 of the body 5. [

제1 층(30A)의 재료 조성은 다층(30)으로부터의 확산이 회피되도록 한다. 특히, 제1 층은 은-팔라듐(Ag-Pd)으로 이루어진다. 그 두께는 70 내지 100㎚이다. 동시에, 다층 내에서의 제1 층(30A)은 전류 수집기로서 작용한다. 제2 층(30B)의 재료 조성은 세라믹 매트릭스로의 확산 배리어가 제공되도록 한다. 특히, 제2 층(30B)은 티타늄으로 이루어진다. 그 두께는 5 내지 15㎚이다.The material composition of the first layer 30A allows diffusion from the multilayer 30 to be avoided. In particular, the first layer consists of silver-palladium (Ag-Pd). Its thickness is 70 to 100 nm. At the same time, the first layer 30A in the multilayer serves as a current collector. The material composition of the second layer 30B allows diffusion barrier to be provided to the ceramic matrix. In particular, the second layer 30B is made of titanium. Its thickness is 5 to 15 nm.

도 3에서 도시되는 제2 실시예 변형에서, 제3 층(30C)은 제2 층(30B)으로부터 떨어진 제1 층(30A)의 상기 측면 상에 제공될 수 있다. 제3 층(30C)은 다층(30)의 제1 층(30A)보다 상당히 작은 두께를 가진다. 이러한 구성 변형에서, 제3 층(30C)은, 제3 층(30C)이 공동 접촉부(8)의 층(20)에 인접하므로, 층(20)에 대하여 접촉 촉진을 수행한다. 제3 층(30C)은 더욱이 산화에 대한 보호 및 패시베이션의 기능을 수행한다. 그것은, 특히 금으로 이루어지며, 그 두께는 제2 층(30B)의 크기 정도일 수 있다. 제1 층(30A)은 더욱이 집전기층을 형성한다.3, a third layer 30C may be provided on the side of the first layer 30A away from the second layer 30B. The third layer 30C has a thickness considerably smaller than the first layer 30A of the multi-layer 30. The third layer 30C performs contact acceleration with respect to the layer 20 because the third layer 30C is adjacent to the layer 20 of the common contact portion 8. In this configuration variant, The third layer 30C further performs the function of protection and passivation against oxidation. It is made of, in particular, gold, and its thickness may be about the size of the second layer 30B. The first layer 30A further forms a current collector layer.

다층(30)의 주요 기능은 따라서 개구(16)에서 세라믹 몸체(5) 및 절연층(15)에 대하여 층(20)에 대한 접촉 촉진을 제공하는데 있다. 더욱이, 제1 층(30A)에 의해, 다층(30)은 또한 내부 전극(2)으로의 층(20)의 전기적 연결을 개선하기 위해 높은 전도율을 갖는다. 확산 배리어 층(제2 층(30B))은 세라믹 매트릭스(5)로의 층(19)의 재료의 어떤 확산도 높은 열 부하 하에서 발생하지 않는다는 것을 보장할 수 있다. 그에 의해 긴 시간 기간에 걸쳐 부품의 내구성을 보장하는 것이 가능하다. 선택적으로 제공될 수 있는 제3 층(30C)은 산화에 대한 보호를 제공하며, 따라서 첫 번째로, 다층(30)과 층(20) 사이에 낮은 전기적 저항이 있고, 두 번째로 접착 속성이 불리하게 영향을 받을 수 없다.The main function of the multilayer 30 is therefore to provide contact facilitation of the opening 16 with respect to the layer 20 relative to the ceramic body 5 and the insulating layer 15. Furthermore, by the first layer 30A, the multilayer 30 also has a high conductivity to improve the electrical connection of the layer 20 to the internal electrode 2. [ The diffusion barrier layer (second layer 30B) can ensure that no diffusion of the material of layer 19 into ceramic matrix 5 occurs under high thermal loading. Thereby making it possible to ensure the durability of the part over a long period of time. The third layer 30C, which may optionally be provided, provides protection against oxidation, and therefore, firstly, there is a low electrical resistance between the multilayer 30 and the layer 20, You can not be affected.

다층(30)의 층은 예를 들면, PVD(물리적 기상 증착) 또는 스퍼터링 또는 기상 증착 또는 아크 방전과 같은 진공 증착 방법에 의해 도포될 수 있다. 상기 층은 바람직하게는, 예를 들면, 공통 제작 장치에서, 바로 연속하여 도포된다.The layers of the multilayer 30 can be applied by, for example, PVD (physical vapor deposition) or vacuum deposition methods such as sputtering or vapor deposition or arc discharge. The layer is preferably applied directly, for example, directly in a common production apparatus.

더욱이, 가요성 접촉 요소가 공동 접촉부(8)의 층(20)으로 도입될 수 있으며, 그 결과로 내부 전극(2)으로의 전류 전도를 위한 부가적인 이중화가 달성된다. 이러한 가요성 접촉 요소는, 예를 들면, 평면도에서 사행 구조를 가진 스탬핑된 금속성 부품일 수 있다. Furthermore, the flexible contact element can be introduced into the layer 20 of the common contact portion 8, with the result that additional redundancy for current conduction to the internal electrode 2 is achieved. Such a flexible contact element may be, for example, a stamped metallic part having a meandering structure in plan view.

Claims

As a component 1,
A ceramic matrix (5);
At least one internal electrode (2) arranged in the ceramic matrix (5) and exposed at a first surface (7);
At least one electrically conductive collective contact (8) electrically connected to said internal electrode (2);
- an insulating layer (15) on the surface of the ceramic matrix (5), arranged between the body (5) and the common contact part (8) and having at least an opening for exposing at least one part of the internal electrode The insulating layer (15) having one opening (16); And
- an additional electrically conductive layer (19) arranged between the inner electrode (2) and the common contact (8) and also between the insulating layer (15) and the common contact (8)
The additional electrically conductive layer 19 is embodied as a multilayer 30 having at least two layers 30A and 30B and the multilayer 30 is formed as a first layer 30A with the common contact 8 , And a diffusion barrier layer adjacent to the insulating layer (15) and the internal electrode (2) as a second layer (30B).

The component according to claim 1, characterized in that said first layer (30A) of said multilayer (30) is thicker than said second layer (30B) of said multilayer (30).

3. The component according to claim 1 or 2, wherein the first layer (30A) in the multilayer (30) has a layer thickness of 70 to 100 nm.

4. The component according to any one of claims 1 to 3, wherein the second layer (30B) in the multilayer (30) has a layer thickness of 5 to 15 nm.

5. A component according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first layer (30A) of the multilayer (30) is made of a silver-palladium alloy.

6. A component according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the second layer (30A) of the multilayer (30) comprises titanium, and optionally palladium.

7. A component according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the layer thickness of the cavity contact (8) is considerably larger than the layer thickness of the multilayer (30).

8. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the multilayer (30) is a third layer (30C), between the first layer (30A) of the multilayer (30) And an antioxidant layer (30C) arranged on the antioxidant layer (30C).

9. The component according to claim 8, wherein the third layer (30C) comprises a noble metal.

10. A device according to any one of the claims 1 to 9, characterized in that the part (1) comprises a plurality of piezoelectrically active ply (3) and a plurality of electrically conductive inner electrode ply (2, 2 ' Wherein the piezoelectric active ply (3) and the electrically conductive inner electrode ply (2, 2 ') are alternately stacked one on top of the other in the stacking direction (4) The surface 7 extends in the lamination direction 4 and each second inner electrode ply 2 forms an area of the first surface 7 and is electrically connected to the common contact 8, And the inner electrode ply (2 ') is electrically insulated from the common contact (8).

11. A device according to claim 10, characterized in that the part (1) is arranged on the opposite side of the first surface (7) and has a second surface with a plurality of alternating piezoelectric active ply (3) and electrically conductive inner electrode ply Wherein the internal electrode ply (2 '), which is not electrically connected to the common contact (8) on the first surface (7), is connected to a second common contact (8) electrically isolated from the first common contact And electrically connected to each other.